CN105702083B - 基于分布式视觉的停车场-车辆协同智能停车系统及方法 - Google Patents

基于分布式视觉的停车场-车辆协同智能停车系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种基于分布式视觉的停车场‑车辆协同的智能停车系统和方法。该系统由停车场服务中心、智能车辆车载设备和用户移动终端组成。停车场服务中心包括车辆跟踪、路径规划、数据管理和通信模块。车辆跟踪模块用于检测停车场内的车辆目标并获得其准确位置，包括视觉传感器组、与各视觉传感器对应的局部跟踪器及一个全局跟踪器；路径规划模块用于根据智能车辆当前位置以及终点规划出行驶路径。车载设备包括车辆控制模块和通信模块。车辆控制模块根据接收到的服务中心规划的路径，控制智能车辆按该路径自动驾驶到终点。用户移动终端用于向停车场服务中心发出驶入/驶出停车场的请求信息。本发明实现车辆出入停车场的自动化与智能化。

Description

基于分布式视觉的停车场-车辆协同智能停车系统及方法
技术领域
本发明属于智能交通及自动控制领域，具体涉及一种基于分布式视觉的停车场-车辆协同的智能停车系统及方法。
背景技术
传统的停车场一般只会提示停车场内部空闲车位数目，缺乏有效的空闲车位引导，并且大型的停车场内部由于环境条件所限，内部构造往往比较复杂，视野不开阔，导致驶入时空闲车位的寻找以及驶出时车辆的寻找都比较麻烦，而且容易引发事故。
中国专利申请：车辆位置监控系统(申请号：201320348145.1)公开了一种车辆位置监控系统，该系统通过其车载定位设备获取位置信息(例如从北斗卫星导航系统)，然后车载通信设备通过通信网络，将其位置信息传递到信息接收终端，供信息接收终端管理监控系统使用。该系统主要利用卫星定位系统，适用于室外行驶的情况，但对室内停车场不可用；中国专利申请：一种基于多摄像机的区域可疑目标与识别方法(申请号：201410220523.7)公开了一种基于多摄像机的区域可疑目标与识别方法，该专利基于视觉传感器的目标跟踪主要应用于可疑物体跟踪，不涉及停车场与智能车辆；中国专利申请：一种智能辅助泊车方法及其实现系统(申请号：201210429726.8)公开了一种智能辅助泊车方法及其实现系统，该系统包括环境感知单元、路径规划单元、驾驶控制单元和人机接口单元，能够实现任意起始位置引导车辆泊入停车位。主要涉及路径规划方法，不涉及停车场与智能车辆协同。中国专利申请：视觉辅助系统和引导车辆的方法(申请号：200580045956.2)公开了一种视觉辅助系统和引导车辆的方法，该系统包括为车辆收集位置数据的位置确认接收机、为车辆收集视觉数据的视觉模块。该专利提出利用视觉传感器辅助定位的思想，由GPS获得位置数据和视觉传感器获得的视觉位置数据加权得到车辆位置，从而辅助车辆控制。该专利以GPS为主，视觉为辅助，不适用于室内停车场自动停车需求。中国专利申请：一种与智能停车场协同的智能车辆自动驾驶系统和方法(申请号：201610107483.4)公开了一种与智能停车场协同的智能车辆自动驾驶系统和方法，该方法中环境检测与路径规划均由车辆进行，后台服务系统只进行位置分配与地图传输。
本发明针对室内停车场的车辆自动驶入/驶出需求，提出一种基于分布式视觉的停车场与智能车辆协同的智能停车系统和方法，减少了复杂停车场环境下停车、寻车的困难，实现了车辆出入停车场的自动化与智能化。
发明内容
针对现有方法的不足，提出了一种基于分布式视觉的停车场与智能车辆协同的智能停车系统和方法。
本发明的技术方案如下：一种基于分布式视觉的停车场与智能车辆协同智能停车系统和方法，智能停车系统由停车场服务中心、智能车辆车载设备和用户移动终端三部分组成。
其中，停车场服务中心包括车辆跟踪模块、路径规划模块、数据管理模块以及通信模块。车辆跟踪模块用于检测停车场内的车辆目标准确位置及障碍物信息，并获得停车场实时地图，由视觉传感器组、与视觉传感器组对应的局部跟踪器组以及全局跟踪器组成。视觉传感器组的观测范围覆盖停车场的全部出入口区域及行车路径区域；局部跟踪器组中的每一个局部跟踪器对应于视觉传感器组中的一个视觉传感器，用于从视觉传感器获取的图像中检测出目标，进行跟踪滤波后，将目标运动状态发送给全局跟踪器；全局跟踪器对来自各局部跟踪器的目标运动状态进行融合，获得停车场内各运动车辆的当前位置及姿态。路径规划模块用于根据智能车辆当前位置以及终点规划出行驶路径。数据管理模块用于对车位数据进行查询、分配与更新，并存储停车场全局地图、运动车辆目标位置及其行驶路径。通信模块用于接收来自用户移动终端的驶入/驶出请求，并将规划的行驶路径发送到智能车辆。
智能车辆车载设备包括车辆控制模块与通信模块两部分。通信模块用于接收来自停车场服务中心的规划的行驶路径，车辆控制模块根据接收到的停车场服务中心规划的路径，控制智能车辆按该路径自动驾驶到终点。
用户移动终端用于向停车场服务中心发出驶入/驶出停车场的请求信息，并接收停车场服务中心发送的处理结果。
上述基于分布式视觉的停车场与智能车辆协同的智能停车系统，可实现智能车辆自动驶入/驶出停车场，驶入方法主要流程如下：
(1)智能车辆行驶到停车场入口时，车主利用用户移动终端向停车场服务中心发送车辆当前位置以及驶入请求；
(2)停车场服务中心通过通信模块接收用户移动终端发送的驶入请求，进行身份验证后，将车辆当前位置信息以及驶入请求转发给数据管理模块，由数据管理模块分配空闲车位，确定空闲车位位置；
(3)重复以下过程，直到智能车辆驶入指定车位：停车场服务中心车辆跟踪模块实时采集停车场内的运动目标及障碍物信息，获得的停车场实时地图以及停车场内各运动车辆的当前位置及姿态；停车场服务中心路径规划模块以智能车辆当前位置为起点，以分配的车位位置为终点，根据停车场实时地图规划智能车辆行驶路径；停车场服务中心通信模块将智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径发送给智能车辆，并将智能车辆当前位置与分配的车位位置的距离发送给用户移动终端；智能车辆车载设备车辆控制模块根据接收到的规划的车辆行驶路径控制智能车辆自动驾驶。
智能车辆驶出方法主要流程如下：
(1)车主利用用户移动终端向停车场服务中心发送车辆身份、驶出请求以及出口位置；
(2)停车场服务中心通信模块接收到驶出请求，进行身份验证后，将车辆身份、驶出请求以及出口位置信息转发给数据管理模块，查找车辆停放位置；
(3)重复以下过程，直到智能车辆驶出到达出口：停车场服务中心车辆跟踪模块实时采集停车场内的运动目标及障碍物信息，获得的停车场实时地图以及停车场内各运动车辆的当前位置及姿态；停车场服务中心路径规划模块以智能车辆当前位置为起点，以出口位置为终点，根据停车场实时地图规划智能车辆行驶路径；停车场服务中心通信模块将智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径发送给智能车辆，并将智能车辆当前位置与出口位置的距离发送给用户移动终端；智能车辆车载设备车辆控制模块根据接收到的规划的车辆行驶路径控制智能车辆自动驾驶。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明提出一种基于分布式视觉的停车场-车辆协同的智能停车系统及方法。本系统利用移动通信网络实现了智能车辆与后台服务中心、用户移动终端与后台服务中心的互联，利用停车场后台服务中心检测各车辆运动状态、规划车辆行驶路径，结合智能车辆的自动驾驶功能，实现了车辆出入停车场的自动化与智能化。
附图说明
图1.本发明基于分布式视觉的停车场-车辆协同的智能停车系统总体架构；
图2.本发明实现智能车辆自动驶入停车场的流程；
图3.本发明实现智能车辆自动驶出停车场的流程；
图4.本发明停车场服务中心车辆跟踪模块结构；
图5.本发明停车场服务中心车辆跟踪模块目标跟踪方法实现流程；
图6.本发明停车场服务中心车辆跟踪模块的视觉传感器组设置效果；
图7.本发明停车场服务中心车辆跟踪模块的全局跟踪器结构。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明作进一步说明：
本发明提出一种基于分布式视觉的停车场-车辆协同的智能停车系统及方法，利用移动通信网络实现智能车辆与后台服务中心、用户移动终端与后台服务中心的互联，利用停车场后台服务中心的分布式视觉传感器检测各车辆运动状态、规划各智能车辆行驶路径，结合智能车辆的自动驾驶功能，引导智能车辆自动驾驶，最终实现智能车辆自动驶入/驶出停车场。
以下结合附图和具体实例对本发明的具体实施方式进行描述。
如图1所示为本发明提出的一种基于分布式视觉的停车场-车辆协同的智能停车系统的总体架构。该系统由停车场服务中心、智能车辆车载设备和用户移动终端三部分组成。
所述的停车场服务中心包括车辆跟踪模块、路径规划模块、数据管理模块以及通信模块。车辆跟踪模块用于通过安装在停车场内的一组分布式的视觉传感器实时检测停车场内的各运动车辆目标及障碍物信息，并通过跟踪滤波及多个传感器信息的融合获得各运动车辆目标准确位置及姿态，同时生成停车场实时地图。路径规划模块用于根据智能车辆当前位置、终点以及停车场实时地图实时规划出车辆的行驶路径。在智能车辆驶入停车场时，终点是停车场服务中心为该车辆分配的车位位置；在智能车辆驶出停车场时，终点是用户请求的停车场出口位置。数据管理模块用于对车位数据进行查询、分配与更新，并存储停车场全局地图、运动车辆目标位置及其行驶路径。在车辆驶入停车场的过程中，数据管理模块根据给定的车位分配方法，查找距离待停车辆最近的空闲车位及其坐标，并在驶入任务完成后更新空闲车位信息；在车辆驶出停车场过程中，数据管理模块根据目标车辆信息查找相应车辆停放位置，根据出口位置查找出口在全局地图的坐标，并在驶出任务完成后更新空闲车位信息。通信模块用于接收来自用户移动终端的驶入/驶出请求，并将规划的行驶路径发送到智能车辆。
所述的智能车辆车载设备包括车辆控制模块与通信模块两部分。通信模块用于接收来自停车场服务中心的规划的行驶路径；车辆控制模块根据接收到的停车场服务中心规划的路径，控制智能车辆按该路径自动驾驶到终点。
所述的用户移动终端具有通信模块，实现向停车场服务中心发出驶入/驶出停车场的请求信息，并能接收停车场服务中心发送的处理结果。
如图2所示为本发明实现智能车辆自动驶入停车场的流程，包括以下步骤：
(1)当智能车辆行驶到停车场入口时，车主利用用户移动终端向停车场服务中心发送车辆当前位置以及驶入请求；
(2)停车场服务中心通过通信模块接收步骤(1)中用户移动终端发送的驶入请求，进行身份验证后，将车辆当前位置信息以及驶入请求转发给数据管理模块，由数据管理模块分配空闲车位，确定空闲车位位置；
(3)停车场服务中心车辆跟踪模块通过视觉传感器实时采集停车场内的运动目标及障碍物信息，获得的停车场实时地图以及停车场内各运动车辆的当前位置及姿态；
(4)停车场服务中心路径规划模块以智能车辆当前位置为起点，以分配的车位位置为终点，根据步骤(3)的停车场实时地图规划智能车辆行驶路径；
(5)停车场服务中心通信模块将智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径发送给智能车辆，并将智能车辆当前位置与分配的车位位置的距离发送给用户移动终端；
(6)智能车辆车载设备通信模块接收步骤(5)中的智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径；
(7)智能车辆车载设备车辆控制模块根据步骤(6)中通信模块接收到的信息控制智能车辆自动驾驶；
(8)重复步骤(3)～(7)，直到智能车辆驶入指定车位，驶入任务结束。
如图3所示为本发明实现智能车辆自动驶出停车场的流程，包括以下步骤：
(1)车主利用用户移动终端向停车场服务中心发送车辆身份、驶出请求以及出口位置；
(2)停车场服务中心通信模块接收到驶出请求，进行身份验证后，将车辆身份、驶出请求以及出口位置信息转发给数据管理模块，查找车辆停放位置；
(3)停车场服务中心车辆跟踪模块通过视觉传感器实时采集停车场内的运动目标及障碍物信息，获得的停车场实时地图以及停车场内各运动车辆的当前位置及姿态；
(4)停车场服务中心路径规划模块以智能车辆当前位置为起点，以出口位置为终点，根据步骤(3)的停车场实时地图规划智能车辆行驶路径；
(5)停车场服务中心通信模块将智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径发送给智能车辆，并将智能车辆当前位置与出口位置的距离发送给用户移动终端；
(6)智能车辆车载设备通信模块接收步骤(5)中的智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径；
(7)智能车辆车载设备车辆控制模块根据步骤(6)中通信模块接收到的信息控制智能车辆自动驾驶；
(8)重复步骤(3)～(7)，直到智能车辆驶出到达出口，驶出任务结束。
如图4所示为本发明停车场服务中心车辆跟踪模块结构，该模块由视觉传感器组、与视觉传感器组对应的局部跟踪器组以及全局跟踪器三部分组成。
所述车辆跟踪模块的视觉传感器组中包含多个视觉传感器，多个视觉传感器的总的观测范围覆盖停车场的全部出入口区域及行车路径区域。
所述局部跟踪器组中的每一个局部跟踪器对应于视觉传感器组中的一个视觉传感器，用于从视觉传感器获取的图像中检测出目标，进行跟踪滤波，得到目标运动状态的最优估计，并将估计出的目标运动状态发送给全局跟踪器。
所述全局跟踪器对来自各局部跟踪器的目标运动状态进行融合，获得停车场内各运动车辆的当前位置及姿态，并根据各运动车辆信息及传感器组获得的障碍物信息更新停车场全局地图，获得停车场实时地图。
如图5所示为本发明停车场服务中心车辆跟踪模块目标跟踪方法实现流程，包括以下步骤：
(1)各视觉传感器采集图像；
(2)与视觉传感器相应的局部跟踪器从图像中检测目标，计算目标位置，进行跟踪滤波得到目标运动状态的最优估计，并将其发送给全局跟踪器；
(3)全局跟踪器接将来自各局部跟踪器的目标运动状态进行融合，获得停车场内各运动车辆的当前位置及姿态，并发送给数据管理模块更新运动车辆目标位置及其行驶路径。
如图6所示为本发明停车场服务中心车辆跟踪模块的视觉传感器组设置效果示例。
所述车辆跟踪模块的视觉传感器组中包含安装在停车场内不同地点的分布式的多个视觉传感器，各个视觉传感器的观测范围有部分重叠，但多个视觉传感器观测范围的并集覆盖停车场的全部出入口区域及行车路径区域。例如，图6场景中传感器1观测出入口区域，而其余传感器观测行车路径区域。但本示例仅用于描述视觉传感器组设置效果，并不只限于图中这一种场景。
如图7所示为本发明停车场服务中心车辆跟踪模块的全局跟踪器结构，该全局跟踪器包括时间空间配准、轨迹关联、轨迹融合及地图更新四个子模块。
所述全局跟踪器的时间空间配准子模块用于实现将来自于多个局部跟踪器检测的目标的位置信息在时间上配准，在空间上从各局部跟踪器的坐标系转换到全局跟踪器的坐标系。
所述全局跟踪器的轨迹关联子模块用于实现将来自于多个局部跟踪器检测到的目标的位置信息进行关联，将属于同一目标的多个位置信息(或者称为多条轨迹)归并在一起，以保证关联后的局部轨迹源于同一目标。关联的规则是：如果两条局部轨迹i，j的距离小于给定的门限δ，即满足
则认为这两条轨迹是同一个目标产生的，将其归到同一个目标下。
所述全局跟踪器的轨迹融合子模块用于实现将关联好的局部轨迹进行融合，得到目标全局轨迹的估计。设n条局部轨迹是由同一个目标产生的，其状态向量分别为误差方差分别为P1～Pn，融合规则采用简单状态向量融合，忽略各局部轨迹的互协方差，即认为局部轨迹i，j的互协方差Pij＝Pji＝0，此时融合后得到的的全局轨迹的估计为
所述全局跟踪器的地图更新子模块用于根据各运动车辆信息及传感器组获得的障碍物信息更新停车场全局地图，获得停车场实时地图作为路径规划的基础。更新的规则是：如果地图上的某一区域有车辆或者障碍物，则该区域标示为不可通过。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于分布式视觉的停车场-车辆协同智能停车系统的停车方法，其特征在于，所述基于分布式视觉的停车场-车辆协同智能停车系统包括停车场服务中心、智能车辆车载设备和用户移动终端三部分；其中所述停车场服务中心包括车辆跟踪模块、路径规划模块、数据管理模块以及通信模块，车辆跟踪模块用于通过一组分布式的视觉传感器检测停车场内的车辆目标准确位置及障碍物信息，并获得停车场实时地图；路径规划模块用于根据智能车辆当前位置以及终点规划出行驶路径；数据管理模块用于对车位数据进行查询、分配与更新，并存储停车场全局地图、运动车辆目标位置及其行驶路径；通信模块用于接收来自用户移动终端的驶入/驶出请求，并将规划的行驶路径发送到智能车辆；所述智能车辆车载设备包括车辆控制模块与通信模块；车辆控制模块根据接收到的服务中心规划的路径，控制智能车辆按该路径自动驾驶到终点；所述用户移动终端用于向停车场服务中心发出驶入/驶出停车场的请求信息，并接收停车场服务中心发送的处理结果；
智能车辆驶入任务包括以下步骤：
(1)当智能车辆行驶到停车场入口时，车主利用用户移动终端向停车场服务中心发送车辆当前位置以及驶入请求；
(2)停车场服务中心通过通信模块接收步骤(1)中用户移动终端发送的驶入请求，进行身份验证后，将车辆当前位置信息以及驶入请求转发给数据管理模块，由数据管理模块分配空闲车位，确定空闲车位位置；
(3)停车场服务中心车辆跟踪模块通过视觉传感器实时采集停车场内的运动目标及障碍物信息，获得的停车场实时地图以及停车场内各运动车辆的当前位置及姿态；
(4)停车场服务中心路径规划模块以智能车辆当前位置为起点，以分配的车位位置为终点，根据步骤(3)的停车场实时地图规划智能车辆行驶路径；
(5)停车场服务中心通信模块将智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径发送给智能车辆，并将智能车辆当前位置与分配的车位位置的距离发送给用户移动终端；
(6)智能车辆车载设备通信模块接收步骤(5)中的智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径；
(7)智能车辆车载设备车辆控制模块根据步骤(6)中通信模块接收到的信息控制智能车辆自动驾驶；
(8)重复步骤(3)～(7)，直到智能车辆驶入指定车位，驶入任务结束；
智能车辆驶出任务包括以下步骤：
(1)车主利用用户移动终端向停车场服务中心发送车辆身份、驶出请求以及出口位置；
(2)停车场服务中心通信模块接收到驶出请求，进行身份验证后，将车辆身份、驶出请求以及出口位置信息转发给数据管理模块，查找车辆停放位置；
(3)停车场服务中心车辆跟踪模块通过视觉传感器实时采集停车场内的运动目标及障碍物信息，获得停车场实时地图以及停车场内各运动车辆的当前位置及姿态；
(4)停车场服务中心路径规划模块以智能车辆当前位置为起点，以出口位置为终点，根据步骤(3)的停车场实时地图规划智能车辆行驶路径；
(5)停车场服务中心通信模块将智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径发送给智能车辆，并将智能车辆当前位置与出口位置的距离发送给用户移动终端；
(6)智能车辆车载设备通信模块接收步骤(5)中的智能车辆的当前位置、姿态以及规划的车辆行驶路径；
(7)智能车辆车载设备车辆控制模块根据步骤(6)中通信模块接收到的信息控制智能车辆自动驾驶；
(8)重复步骤(3)～(7)，直到智能车辆驶出到达出口，驶出任务结束。
2.根据权利要求1所述的基于分布式视觉的停车场-车辆协同智能停车系统的停车方法，其特征在于，所述停车场服务中心的车辆跟踪模块包括视觉传感器组、与视觉传感器组对应的局部跟踪器组以及全局跟踪器，其中
所述车辆跟踪模块的视觉传感器组的观测范围覆盖停车场的全部出入口区域及行车路径区域；所述局部跟踪器组中的每一个局部跟踪器对应于视觉传感器组中的一个视觉传感器，用于从视觉传感器获取的图像中检测出目标，进行跟踪滤波后，将目标运动状态发送给全局跟踪器；全局跟踪器对来自各局部跟踪器的目标运动状态进行融合，获得停车场内各运动车辆的当前位置及姿态，并更新停车场全局地图得到停车场实时地图。
3.根据权利要求1所述的基于分布式视觉的停车场-车辆协同智能停车系统的停车方法，其特征在于，所述系统的停车场服务中心车辆跟踪模块进行目标跟踪包括以下步骤：
(1)视觉传感器采集图像；
(2)与视觉传感器相应的局部跟踪器从图像中检测目标，计算目标位置，进行跟踪滤波得到目标运动状态的最优估计，并将其发送给全局跟踪器；
(3)全局跟踪器将来自各局部跟踪器的目标运动状态进行融合，获得停车场内各运动车辆的当前位置及姿态，并发送给数据管理模块更新运动车辆目标位置及其行驶路径。
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